TECNOLOGIE E DIAGNOSTICA PER LA CONSERVAZIONE E IL RESTAURO PERCORSO FORMATIVO DISCIPLINARE DI FISICA A.A. 2015/2016 Docente: GASPARRINI FABIO Testo di riferimento: D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fondamenti di Fisica (Meccanica, Termologia, Elettrologia,. Magnetismo, Ottica) IL METODO SCIENTIFICO E LE GRANDEZZE FISICHE Le cifre significative e la notazione scientifica L ordine di grandezza Definizione di grandezza fisica Le definizioni intuitive ed operative delle grandezze fisiche del Sistema Internazionale Multipli e sottomultipli ed equivalenze per grandezze fondamentali e derivate GLI ERRORI Definizione di misura Rappresentazione di misura, con il suo errore (incertezza) Errore assoluto ed errore relativo Confronto tra misure: confronto di precisione e compatibilità Caratteristiche degli strumenti di misura: sensibilità, portata, prontezza, affidabilità e classe Errori sistematici, errori casuali ed errori di sensibilità Analisi statistica degli errori: distribuzione di Gauss, media, semi dispersione e deviazione standard I VETTORI IN COORDINATE POLARI Grandezze scalari e vettoriali Modulo, direzione e verso di un vettore Rappresentazione dei vettori, in coordinate polari Somma e sottrazione tra vettori espressi in coordinate polari: regola del parallelogramma Il metodo punta-coda Prodotto di un vettore per uno scalare Prodotto tra vettori: prodotto scalare (calcolo in coordinate polari) Prodotto tra vettori: prodotto vettoriale (calcolo in coordinate polari) I VETTORI IN COORDINATE CARTESIANE Definizione di scomposizione Rappresentazione cartesiana dei vettori: le componenti cartesiane La scomposizione di un vettore e i versori della terna cartesiana Scomposizione di un vettore Calcolo di modulo, direzione e verso di un vettore dalle sue componenti cartesiane Somma e sottrazione tra vettori espressi in coordinate cartesiane Prodotto di un vettore (espresso in coordinate cartesiane) per uno scalare Prodotto scalare: calcolo in coordinate cartesiane Prodotto vettoriale: calcolo in coordinate polari. 1
ELEMENTI DI CINEMATICA Generalità sul moto e le coordinate spazio-tempo La traiettoria e lo spazio percorso come sua lunghezza Il vettore posizione e il vettore spostamento Il vettore velocità media ed istantanea con relativa unità di misura Calcolo della velocità media di un percorso vario (media pesata) Il vettore accelerazione media ed istantanea con relativa unità di misura MODULO: MOTI RETTILINEI Il moto rettilineo uniforme Il vettore velocità media ed istantanea e relativa unità di misura L equazione oraria del moto rettilineo uniforme Il moto uniformemente accelerato Il vettore accelerazione media ed istantanea e relativa unità di misura L equazione oraria del moto uniformemente accelerato Corpi in caduta libera MODULO: MOTI CURVILINEI E MOTO ARMONICO Moto circolare uniforme: definizione e caratteristiche Il radiante e le sue caratteristiche Il periodo, frequenza, velocità angolare, velocità tangenziale e l accelerazione centripeta Relazioni vettoriali tra le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme L equazione oraria del moto circolare uniforme Il moto vario studiato utilizzando velocità ed accelerazione istantanee Il moto armonico: proprietà generali e sua equazione oraria Il moto parabolico di un proiettile: definizione ed equazione della traiettoria MODULO: DINAMICA E STATICA Il primo principio della dinamica Il secondo principio della dinamica e la massa inerziale Il terzo principio della dinamica Definizione di punto materiale Le quattro forze fondamentali Forza peso e forza elastica Forze vincolari (corpi bloccati, appoggiati e appesi) La forza di attrito radente (cenni di attrito volvente) Calcolo della risultante di forze Equilibrio di un punto materiale Il piano inclinato Definizione di corpo rigido Il momento di una forza ed suo significato fisico Momento di una forza e di un sistema di forze; Condizioni di equilibrio di un sistema rigido Studio della rotazione di un corpo mediante il momento delle forze applicate La coppia di forze Equilibrio stabile ed instabile Le leve: struttura, caratteristiche, classificazione ed esempi 2
MODULO: LAVORO ED ENERGIA Concetto e definizione di lavoro Definizione di energia e Principio di conservazione dell energia Energia cinetica ( di traslazione e rotazione) Energia potenziale (gravitazionale ed elastica) Principio di conservazione dell'energia meccanica in sistemi isolati e senza attrito Individuazione di forze motrici e di attrito dal calcolo della variazione dell'energia meccanica di un corpo MODULO: QUANTITA DI MOTO E MOMENTO ANGOLARE La Quantità di moto La prima equazione cardinale della dinamica ed il teorema dell impulso Problemi relativi alla conservazione della quantità di moto e al teorema dell impulso Gli urti in una dimensione Urti elastici ed anelastici Seconda equazione cardinale della dinamica per le rotazioni Seconda equazione cardinale della dinamica e conservazione del momento angolare Il Momento angolare ed il momento di inerzia I problemi della ballerina e del tuffatore MODULO: FLUIDI E STATICA DEI FLUIDI La pressione nei liquidi Il principio di Pascal e la sua applicazione nel torchio idraulico Condizione di equilibrio di un fluido Il Principio di Stevino Vasi comunicanti, esempio del tubo ad U La spinta di Archimede Condizione generale di galleggiamento MODULO: DINAMICA DEI FLUIDI IDEALI E REALI I fluidi ideali Differenza di pressione quale condizione necessaria per il moto di un fluido La portata di un fluido in una conduttura senza pozzi o sorgenti L equazione di Bernoulli e, calcolo di velocità e pressioni in una conduttura Portanza di un ala (cenni) I fluidi reali e viscosità (cenni) Attrito di un corpo in moto in un fluido (cenni) MODULO: CALORE E TEMPERATURA DAL PUNTO DI VISTA MACROSCOPICO Stato termico di un corpo ed equilibrio termico Definizione operativa della temperatura Taratura di un termometro a liquido Scale termometriche (Centigrada, Kelvin e Fahrenheit) e relative operazione di conversione Principio zero della termodinamica e sua importanza Dilatazione termica lineare e dilatazione volumica (per solidi e liquidi) Il Calore. Unità di misura del calore e calore specifico, fattore di conversione tra caloria e Joule Propagazione del calore: conduzione, convezione, irraggiamento termico 3
MODULO: L EQUAZIONE DEI GAS PERFETTI E LE CORREZIONI PER I GAS REALI Considerazioni sullo studio dei sistemi gassosi, la pressione il volume, la densità e la mole Sistemi, stati e variabili termodinamiche Legge di Boyle Le due leggi di Gay-Lussac Temperatura assoluta e scala Kelvin Il modello del gas ideale o gas perfetto e la sua equazione caratteristica I gas reali e l equazione Van der Waals (cenni) MODULO: PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA E TRASFORMAZIONI Lavoro termodinamico Enunciato del primo principio della termodinamica Il principio di equipartizione dell energia L energia interna e le funzioni di stato Trasformazione a volume costante di un gas (isocora), calcolo di lavoro, calore ed energia interna Trasformazione a pressione costante di un gas (isobara), calcolo di lavoro, calore ed energia interna Relazione d Mayer Trasformazione a temperatura costante di un gas (isoterma), calcolo di lavoro, calore ed energia interna Trasformazione senza scambio di calore (adiabatica), calcolo di lavoro, calore ed energia interna MODULO: MACCHINE TERMICHE E SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA I cicli termodinamici Definizione di rendimento di una macchina termica Insufficienza del primo principio della termodinamica Il rendimento del ciclo di Carnot Il secondo principio della termodinamica: gli enunciati di Kelvin e di Clausius Equivalenza dei principi di Kelvin e di Clausius Cenni sull Entropia e sua relazione con l utilizzabilità dell Energia dell Universo MODULO: LE ONDE MECCANICHE Il concetto generale di onda Le onde armoniche e le caratteristiche fondamentali (periodo, frequenza, lunghezza d onda, ampiezza e fase) La descrizione fisico-matematica di un onda armonica (equazione di un onda) Onde trasversali onde longitudinali Velocità delle onde ed energia di un onda meccanica Il principio di Huygens Il principio di sovrapposizione e l interferenza Riflessione, rifrazione ed assorbimento di un onda Diffrazione delle onde attraverso fenditure e ostacoli Le onde sonore: limiti di udibilità, il decibel, effetto doppler, rimbombo ed eco MODULO: LE ONDE ELETTROMAGNETICHE La luce e la propagazione rettilinea della luce, la velocità della luce, energia Riflessione della luce, Rifrazione della luce, Riflessione totale ed alcune conseguenze Rifrazione e dispersione della luce, il prisma ottico e l arcobaleno (cenni) La moderna teoria sulla luce Caratteristiche delle onde elettromagnetiche e loro classificazione 4
MODULO: OTTICA GEOMETRICA Visione diretta e visione di immagini virtuali Immagini da uno specchio piano Definizione di lente sottile e sue proprietà Formula dei punti coniugati per una lente sottile Costruzione geometrica di un immagine prodotta da una lente Ingrandimento di una lente Il microscopio composto MODULO: LA CARICA ELETTRICA E LA LEGGE DI COULOMB I corpi elettrizzati e le loro interazioni Conduttori ed isolanti. La polarizzazione dei dielettrici è l induzione elettrostatica La legge di Coulomb (nel vuoto e in un dielettrico) MODULO : IL CAMPO ELETTRICO E LA CORRENTE CONTINUA Concetto di campo elettrico Il campo elettrico di una carica puntiforme Campo elettrico generato da una lastra e in un condensatore piano Conservatività del campo elettrico Il potenziale elettrico e l energia potenziale elettrica Corrente elettrica e le leggi di Ohm Energia e potenza elettrica, l effetto Joule Cenni sulla conduzione elettrica nei liquidi e nei gas MODULO: CAMPO MAGNETICO E GENERATI DA MAGNETI E DACORRENTI Campi magnetici dei magneti permanenti Campi magnetici delle correnti: filo rettilineo, spira circolare e solenoide retto La circuitazione del campo di induzione magnetica Il moto di una carica in un campo elettrico uniforme La forza di Lorentz Il moto di una carica in un campo magnetico uniforme Lo spettrometro di massa 5